Indigenous bacteria with antagonistic and plant-growth-promoting activities improve slow-filtration efficiency in soilless cultivation

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In tomato soilless culture, slow filtration allows one to control the development of diseases caused by pathogenic microorganisms. During the disinfecting process, microbial elimination is ensured by mechanical and biological factors. In this study, system efficacy was enhanced further to a biological activation of filter by inoculating the pozzolana grains contained in the filtering unit with 5 selected bacteria. Three strains identified as Pseudomonas putida and 2 as Bacillus cereus came from a filter whose high efficiency to eliminate pathogens has been proven over years. These 5 bacteria displayed either a plant growth promoting activity (P. putida strains) or antagonistic properties (B. cereus strains). Over the first months following their introduction in the filter, the bacterial colonisation of pozzolana grains was particularly high as compared to the one observed in the control filter. Conversely to Bacillus spp. populations, Pseudomonas spp. ones remained abundant throughout the whole cultural season. The biological activation of filter unit very significantly enhanced fungal elimination with respect to the one displayed by the control filter. Indeed, the 6-month period needed by the control filter to reach its best efficacy against Fusarium oxysporum was shortened for the bacteria-amended filter; in addition, a high efficacy filtration was got as soon as the first month. Fast colonization of pozzolana grains by selected bacteria and their subsequent interaction with F. oxysporum are likely responsible for filter efficiency. Our results suggest that Pseudomonas spp. act by competition for nutrients, and Bacillus spp. by antibiosis and (or) direct parasitism. Elimination of other fungal pathogens, i.e., Pythium spp., seems to differ from that of Fusarium since both filters demonstrated a high efficacy at the experiment start. Pythium spp. elimination appears to mainly rely on physical factors. It is worth noting that a certain percentage of the 5 pozzolana-inoculated bacteria failed to colonise the filter unit and were, thus, driven to the plants by the nutrient solution. Their contribution to the establishment of a beneficial microbial community in the rhizosphere is discussed.Key words: Pythium spp., Fusarium oxysporum, Bacillus cereus, Pseudomonas putida.

La filtration lente permet de lutter contre le développement des maladies en cultures hors-sol de tomate. Durant le processus de désinfection, l'élimination des micro-organismes est assurée par des facteurs mécaniques et biologiques. Pour améliorer l'efficacité du système, au cours de la présente étude, nous avons biologiquement activé un filtre en inoculant les grains de pouzzolane contenus dans la colonne filtrante avec 5 bactéries sélectionnées. Trois des souches identifiées comme étant Pseudomonas putida et 2 autres comme étant Bacillus cereus proviennent d'un filtre dont l'efficacité élevée pour éliminer les microorganismes a été vérifiée pendant plusieurs années. Les souches de P. putida montrent une activité favorisant la croissance de plantes et celles de B. cereus des propriétés antagonistes. Dés les premiers mois suivant leur introduction dans le filtre, la colonisation des grains de pouzzolane par les bactéries était particulièrement élevée en comparaison de celle du témoin. A l'inverse des populations de Bacillus spp., celles de Pseudomonas spp. furent particulièrement abondantes tout au long de la saison culturale. Comparé au filtre témoin, l'activation biologique de la colonne filtrante induit une augmentation significative du niveau d'élimination fongique. La période de 6 mois nécessaire au témoin pour atteindre son niveau maximal d'efficacité contre Fusarium oxysporum est raccourcie dans le cas du filtre ensemencé en bactéries ; en effet, une très grande efficacité est observée dès le premier mois de filtration. Une colonisation rapide des grains de pouzzolane par les bactéries sélectionnées et leurs interactions avec les F. oxysporum sont certainement responsables de l'efficacité du système. Ces observations suggèrent une action par compétition nutritive dans le cas des Pseudomonas spp., et par antagonisme (antibiose et/ou parasitisme) pour les Bacillus spp. L'élimination des autres champignons, i.e., Pythium spp., diffère de celle décrite ci-dessus car une efficacité élevée a été obtenue dans les 2 filtres dés le premier mois d'expérimentation. Les facteurs physiques sont certainement responsables de l'élimination des Pythium spp. On peut noter qu' un certain pourcentage des bactéries inoculées n'a pas colonisé le support dans la colonne filtrante, mais a été véhiculé par la solution nutritive jusqu'aux plantes. Leur contribution à l'établissement d'une microflore bénéfique dans la rhizosphère est discutée.Mots clés : Pythium spp., Fusarium oxysporum, Bacillus cereus, Pseudomonas putida.

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2004

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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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